KR102381256B1 - Manufacturing method of silicon oxide powder for cathode material of secondary battery and secondary battery using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2차 전지 음극재용 실리콘 산화물 분말의 제조방법 및 그를 이용한 2차 전지에 관한 것이다.
본 발명의 2차 전지 음극재용 실리콘 산화물 분말의 제조방밥은 제 1반응 물질인 실리콘 염화물과 제 2반응 물질인 다가 알코올 또는 물을 습식 반응시켜 겔 상태의 실리콘 산화물을 생성시키되, 반응 용기에 상기 제1 반응 물질과 제2 반응 물질의 투입하는 순서, 투입 속도 및 반응물질의 배합비 조건을 정밀하게 조절하여 2차 전지 음극재용도에 적합한 물성을 달성하고, 상기 겔 상태의 실리콘 산화물을 초음파 교반을 이용하여 분산함으로써, 입자크기가 작고 균일한 입경분포를 가지고, 공정상 반복적인 소결과 분쇄단계를 생략할 수 있으며, 수득된 2차 전지 음극재용 실리콘 산화물 분말을 이용하여 가역용량과 가역비가 개선된 2차 전지를 제공할 수 있다.
The present invention relates to a method for manufacturing silicon oxide powder for a secondary battery negative electrode material and a secondary battery using the same.
The method for producing silicon oxide powder for a secondary battery negative electrode material of the present invention is to wet-react silicon chloride as a first reactant material and polyhydric alcohol or water as a second reactant material to produce silicon oxide in a gel state, Accurately control the conditions of the input sequence of the first reactant and the second reactant, the input rate, and the mixing ratio of the reactant to achieve physical properties suitable for secondary battery negative material use, and use ultrasonic stirring for the silicon oxide in the gel state By dispersing the particles, the particle size is small and the particle size distribution is uniform, the repetitive sintering and pulverization steps can be omitted in the process, and the reversible capacity and reversible ratio are improved using the obtained silicon oxide powder for secondary battery negative materials. A secondary battery may be provided.

Description

2차 전지 음극재용 실리콘 산화물 분말의 제조방법 및 그를 이용한 2차 전지{MANUFACTURING METHOD OF SILICON OXIDE POWDER FOR CATHODE MATERIAL OF SECONDARY BATTERY AND SECONDARY BATTERY USING THE SAME}Manufacturing method of silicon oxide powder for secondary battery negative electrode material and secondary battery using same

본 발명은 2차 전지 음극재용 실리콘 산화물 분말의 제조방법 및 그를 이용한 2차 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제 1반응 물질인 실리콘 염화물과 제 2반응 물질인 다가 알코올 또는 물을 습식 반응시켜 겔 상태의 실리콘 산화물을 생성시키되, 반응 용기에 상기 제1 반응 물질과 제2 반응 물질의 투입하는 순서, 투입 속도 및 반응물질의 배합비 조건을 정밀하게 조절하여 2차 전지 음극재용도에 적합한 물성을 달성하고, 상기 겔 상태의 실리콘 산화물을 초음파 교반을 이용하여 분산함으로써, 입자크기가 작고 균일한 입경분포를 가지며 별도의 분쇄단계를 생략할 수 있는 2차 전지 음극재용 실리콘 산화물 분말의 제조방법 및 그를 이용한 2차 전지에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing silicon oxide powder for a secondary battery negative electrode material and a secondary battery using the same, and more particularly, to a gel by wet reaction of silicon chloride as a first reactant material and polyhydric alcohol or water as a second reactant material. To produce silicon oxide in a state of being, achieve physical properties suitable for secondary battery negative material use by precisely controlling the order, input rate, and mixing ratio of the reactant to the reaction vessel of the first and second reactants And, by dispersing the silicon oxide in the gel state using ultrasonic agitation, the particle size is small, has a uniform particle size distribution, and a method for producing a silicon oxide powder for a secondary battery negative electrode material that can omit a separate pulverization step and using the same It relates to secondary batteries.

휴대 기기의 소형화 및 고성능화, 전기자동차 및 대용량 에너지 저장 산업에서도 2차 전지의 필요성이 부각되면서 리튬 2차 전지 성능 향상에 대한 요구가 증대되고 있다. As the need for secondary batteries is highlighted in the miniaturization and high performance of portable devices, electric vehicles and large-capacity energy storage industries, the demand for performance improvement of lithium secondary batteries is increasing.

상기 리튬 2차 전지는 다른 2차 전지에 비해 작동 전압 및 에너지 밀도가 높을 뿐만 아니라, 오래 사용할 수 있어서, 기기의 다양화와 복합화에 따른 복잡한 요구조건을 충족시킬 수 있다.The lithium secondary battery has a higher operating voltage and energy density than other secondary batteries, and can be used for a long time, so that it can satisfy complex requirements according to the diversification and complexity of devices.

이러한 리튬 2차 전지는 Li 이온의 반복적인 삽입(insertion) 및 탈리(extraction) 반응을 이용하는 것으로서, 현재 상용화되는 양극 활물질로는 LiCoO2, LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2, LiMn2O4 등의 전이금속 산화물을 사용하고, 음극 활물질로는 흑연계 재료가 많이 사용되고 있다.These lithium secondary batteries use repeated insertion and extraction reactions of Li ions, and currently commercially available cathode active materials include LiCoO 2 , LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 , LiMn 2 O 4 , and the like. A transition metal oxide is used, and a graphite-based material is widely used as an anode active material.

그러나 흑연계 재료는 용량(이론 용량: 약 372mAh/g, 약 830 mAh/㎖, 가역 용량: 약330mAh/g)이 작고, 고율 충전시 안정성 문제가 발생한다. 또한, 초기 사이클 이후에 생기는 불균일한 SEI(solid electoyte interface)로 인하여 리튬 이온이 전해액에서 흑연으로 확산하는 것을 방해하여 상당한 비가역 용량손실이 발생하게 되며, 전극의 붕괴 및 사이클 불안정성 등을 초래한다.However, the graphite-based material has a small capacity (theoretical capacity: about 372 mAh/g, about 830 mAh/ml, reversible capacity: about 330 mAh/g), and stability problems occur when charging at a high rate. In addition, due to the non-uniform solid electoyte interface (SEI) occurring after the initial cycle, lithium ions are prevented from diffusing from the electrolyte to the graphite, resulting in significant irreversible loss of capacity, resulting in electrode collapse and cycle instability.

상기 흑연계 재료를 대체하기 위해서, 4족 반도체 물질에 해당하는 Si, Ge, Sn 과 같은 물질은 높은 이론용량을 가지기 때문에 새로운 음극재로 주목받고 있으며, 특히 실리콘(Si)은 고용량 성능을 보이며 방전 전압 또한 가장 낮은 것으로 알려져 가장 큰 주목을 받고 있다.In order to replace the graphite-based material, materials such as Si, Ge, and Sn, which are Group 4 semiconductor materials, are attracting attention as new negative electrode materials because they have high theoretical capacity. The voltage is also known to be the lowest and is receiving the greatest attention.

특히, 실리콘 산화물(SiOx)는 전기용량이 크고 수명 특성이 우수한 리튬이온 2차 전지용 음극재인 것이 알려져 있다. In particular, silicon oxide (SiOx) is known to be an anode material for a lithium ion secondary battery having a large electric capacity and excellent lifespan characteristics.

상기 2차 전지 음극재용 실리콘 산화물(SiOx) 분말을 제조하는 방법으로는 건식의 기상분무법 또는 습식의 액상제조법으로 나노 분말 형태로 제조된다.As a method of manufacturing the silicon oxide (SiOx) powder for the secondary battery negative electrode material, it is prepared in the form of nanopowder by a dry gas-phase spraying method or a wet liquid-phase manufacturing method.

일반적으로 건식의 기상분무법은 금속실리콘에 미량의 산소를 반응시켜 실리콘 산화물(SiOx)을 제조하는 것으로, 생성반응 조건의 조절에서 입경의 컨트롤이 용이하고, 입도 분포가 양호하며, 깨끗한 표면을 갖는다는 장점이 있으나, 초미립자의 입도선별이 곤란하고, 반복적인 소결과 분쇄 과정이 필요하여 제조단가의 상승 및 제조시간이 크게 늘어나는 단점이 있다. 특히, 입자크기의 균일성이나 화학조성의 균질성에 문제가 있다.In general, the dry gas phase spray method is to produce silicon oxide (SiOx) by reacting a small amount of oxygen with metal silicon. Although there are advantages, there are disadvantages in that it is difficult to select the particle size of ultra-fine particles, and repetitive sintering and pulverization processes are required, which increases the manufacturing cost and greatly increases the manufacturing time. In particular, there is a problem in the uniformity of the particle size or the homogeneity of the chemical composition.

반면, 습식의 액상제조법은 실리콘 염화물(SiCl4)와 에틸렌글리콜(EG, Ethylene Glycol)을 반응시켜 실리콘 산화물(SiOx) 결정으로 성장시키는 방법으로서 종래 고상 반응법에 의해 제조된 분말에 비해 입자가 매우 작으며, 표면적이 크고 균일한 입경분포가 균일하며 균질한 조성비를 얻을 수 있는 장점이 있다.그러나, 나노 분말로서 실리콘 산화물(SiOx)을 습식의 액상제조법으로 제조하기 위한 많은 시도가 이루어지고 있으나, 실리콘 산화물(SiOx)의 결정 성장, 결정 입자 크기의 균일성, 발열 제어, 부산물 처리 등을 더욱 향상시켜 안정적이며 물성이 우수한 실리콘 산화물(SiOx)을 제조하기 위한 방법이 아직까지 확립되지 않은 상황이다. On the other hand, the wet liquid manufacturing method is a method of growing silicon oxide (SiOx) crystals by reacting silicon chloride (SiCl 4 ) and ethylene glycol (EG, Ethylene Glycol). It is small, has a large surface area, has a uniform particle size distribution, and has the advantage of obtaining a homogeneous composition ratio. A method for manufacturing silicon oxide (SiOx) that is stable and has excellent physical properties by further improving crystal growth, crystal grain size uniformity, heat control, and by-product treatment of silicon oxide (SiOx) has not yet been established.

이에, 본 발명자들은 종래 문제점을 해서하기 위하여 노력한 결과, 제 1반응 물질인 실리콘 염화물과 제 2반응 물질인 다가 알코올 또는 물을 반응에 있어서, 반응 용기에 상기 제1 반응 물질과 제2 반응 물질의 투입하는 순서, 투입 속도 및 반응물질의 배합비 조건을 정밀하게 조절하여 물성이 우수한 2차 전지 음극재용 실리콘 산화물 분말을 제조하고, 초음파 교반에 의한 분산단계를 수행하여 나노 분말크기의 균일한 입경분포를 가지도록 조절하고, 공정상 반복적인 소결과 분쇄단계를 생략할 수 있음을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다. Accordingly, as a result of the present inventors' efforts to solve the problems in the prior art, in the reaction of silicon chloride as the first reactant and polyhydric alcohol or water as the second reactant, the first reactant and the second reactant are placed in a reaction vessel. A silicon oxide powder for a secondary battery negative material with excellent physical properties is manufactured by precisely controlling the conditions of the input sequence, the input speed, and the mixing ratio of the reactants, and a dispersion step by ultrasonic stirring is performed to achieve a uniform particle size distribution of the nanopowder size. By controlling to have and confirming that it is possible to omit the repetitive sintering and grinding steps in the process, the present invention was completed.

대한민국특허 제1999191호Korean Patent No. 1999911 대한민국특허 제1582385호Korean Patent No. 1582385 대한민국특허 제1463171호Korean Patent No. 1463171

본 발명의 목적은 2차 전지 음극재용 실리콘 산화물(SiOx) 분말의 제조방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a method for producing a silicon oxide (SiOx) powder for a secondary battery negative electrode material.

본 발명의 다른 목적은 2차 전지 음극재용 실리콘 산화물(SiOx) 분말을 음극재로 이용한 2차 전지를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a secondary battery using silicon oxide (SiOx) powder for a secondary battery negative electrode material as an anode material.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 반응 용기에서 제 1반응 물질인 실리콘 염화물과 제 2반응 물질인 다가 알코올 또는 물을 습식 반응시키되, 상기 제1 반응 물질과 제2 반응 물질의 체적 배합비가 1:1.5 미만으로 투입하여 겔 상태의 실리콘 산화물(SiOx)을 생성하기 위한 반응단계; 및 In order to achieve the above object, the present invention provides a wet reaction between silicon chloride as a first reactant material and polyhydric alcohol or water as a second reactant material in a reaction vessel, wherein the volumetric mixing ratio of the first reactant material and the second reactant material is 1 : A reaction step for generating silicon oxide (SiOx) in a gel state by adding less than 1.5; and

상기 겔 상태의 실리콘 산화물을 열처리하여 실리콘 산화물 분말을 생성하기 위한 열처리 단계를 포함하고, A heat treatment step for heat-treating the silicon oxide in the gel state to produce a silicon oxide powder,

상기 반응단계에서 상기 제 1반응 물질을 반응 용기에 전량 투입한 후 상기 제 2반응 물질을 후속으로 투입하면서 상기 제2 반응 물질이 5 vol%/min 미만의 투여 속도로 투입하여 반응시키는 2차 전지 음극재용 실리콘 산화물 분말의 제조방법을 제공한다. In the reaction step, after the entire amount of the first reactant is put into the reaction vessel, the second reactant is added at an administration rate of less than 5 vol%/min and reacted while the second reactant is subsequently added. Provided is a method for producing a silicon oxide powder for an anode material.

본 발명의 제조방법은 상기 반응단계 이후 상기 생성된 겔 상태의 실리콘 산화물을 초음파 교반을 이용하는 분산단계를 더 수행할 수 있다. In the manufacturing method of the present invention, after the reaction step, a dispersing step using ultrasonic stirring of the generated silicon oxide in a gel state may be further performed.

구체적으로는, 상기 반응단계에서 제1 반응 물질과 제2 반응 물질의 체적 배합비가 1:0.5 내지 1:1.0으로 수행하는 것이 바람직하다. Specifically, in the reaction step, the volume mixing ratio of the first reactant and the second reactant is preferably 1:0.5 to 1:1.0.

또한, 상기 반응단계에서 제2 반응 물질이 0.5 vol% 내지 2 vol%/min의 투여 속도로 투입되는 것이 바람직하다. In addition, in the reaction step, it is preferable that the second reactant is introduced at an administration rate of 0.5 vol% to 2 vol%/min.

이때, 상기 반응단계에서 반응 용기 내로 불활성 기체가 공급되는 것이 바람직하고, 상기 열처리단계는 100±20℃로 유지되는 제1 대기 단계, 400±20℃로 유지되는 예열 단계, 600 내지 900℃에서 수행되는 소성 단계, 제2 대기 단계 및 냉각 단계(S250)로 수행되는 것이다. In this case, it is preferable that an inert gas is supplied into the reaction vessel in the reaction step, and the heat treatment step is performed at a first atmospheric step maintained at 100±20° C., a preheating step maintained at 400±20° C., and 600 to 900° C. The firing step, the second standby step, and the cooling step (S250) are performed.

이때, 상기 열처리 단계에서 상기 열처리가 이루어지는 동안 상기 반응 용기 외부에 불활성 기체를 공급함으로써, 부산물 발생을 억제할 수 있다. In this case, by supplying an inert gas to the outside of the reaction vessel during the heat treatment in the heat treatment step, it is possible to suppress the generation of by-products.

또한, 상기 반응단계 또는 열처리 단계에서 상기 반응 용기 내에 산성 가스가 잔존하지 않도록 상기 산성 가스를 배출한다. In addition, the acid gas is discharged so that the acid gas does not remain in the reaction vessel in the reaction step or the heat treatment step.

본 발명은 상기 열처리단계에서 탄소계 물질을 투입하여 탄소피막을 형성하는 피막 형성단계가 더 수행할 수 있다. In the present invention, a film forming step of forming a carbon film by adding a carbon-based material in the heat treatment step may be further performed.

나아가, 본 발명은 실리콘 산화물(SiOx)의 산소의 함량(x)이 1<x<1.7인 미립자이고, 분말의 평균입경분포가 0.1 내지 1.0㎛ 범위를 충족하는 2차 전지 음극재용 실리콘 산화물 분말(SiOx)을 음극재로 이용한, 가역용량이 1,700 내지 1,900 mAh/g이고 가역비가 50 내지 65% 성능의 2차 전지를 제공한다. Furthermore, the present invention is a silicon oxide powder for a secondary battery negative electrode material that the oxygen content (x) of silicon oxide (SiOx) is 1 < x < 1.7, and the average particle size distribution of the powder meets the range of 0.1 to 1.0 μm ( SiOx) as an anode material, a reversible capacity of 1,700 to 1,900 mAh/g and a reversible ratio of 50 to 65% of performance is provided.

본 발명에 따른 실리콘 산화물 분말의 제조방법에 따르면, 실리콘 염화물과 다가 알코올 또는 물을 습식 반응시키되, 반응 용기에 상기 실리콘 염화물과 다가 알코올을 투입하는 순서 및 투입 속도 등의 발열 반응 조건을 정밀하게 조절함으로써, 2차 전지 음극재용도에 적합한 물성을 충족한 실리콘 산화물(SiOx) 분말을 제조할 수 있다.According to the method for producing silicon oxide powder according to the present invention, silicon chloride and polyhydric alcohol or water are wet-reacted, and exothermic reaction conditions such as the order and rate of adding the silicon chloride and polyhydric alcohol to the reaction vessel are precisely controlled. By doing so, it is possible to prepare a silicon oxide (SiOx) powder that satisfies physical properties suitable for a secondary battery negative electrode material use.

또한, 반응단계에서 생성된 겔 상태의 실리콘 산화물을 초음파 교반을 이용하여 분산단계를 수행함으로써, 입자크기가 작고 균일한 입경분포를 가지며 분쇄 공정을 단순화할 수 있다. In addition, by performing the dispersion step of the silicon oxide in the gel state generated in the reaction step using ultrasonic stirring, the particle size is small, it has a uniform particle size distribution, and the pulverization process can be simplified.

나아가, 본 발명은 상기 제조방법으로부터 수득된 산화물(SiOx) 분말을 2차 전지용 음극재로 이용한 2차 전지를 제공한다.Furthermore, the present invention provides a secondary battery using the oxide (SiOx) powder obtained from the above manufacturing method as a negative electrode material for secondary batteries.

도 1은 본 발명의 제조방법 중 반응단계에서의 반응 생성물 및 반응 생성물의 소성 후 소성 물질 상태를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 제조방법 중 반응단계에서 반응 용기에 실리콘 염화물 투입 후 다가 알코올 투입 속도에 따른 2차 전지의 가역용량을 도시한 것이고,
도 3은 본 발명의 제조방법 중 반응단계에서 반응 용기에 실리콘 염화물 투입 후 다가 알코올 투입 속도에 따른 2차 전지 수명을 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 제조방법 중 반응단계에서 반응 물질 배합비에 따른 2차 전지의 가역용량을 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 제조방법 중 반응단계에서 반응 물질 배합비에 따른 2차 전지의 수명을 도시한 것이다.
1 is a view showing the state of the reaction product and the calcined material after calcination of the reaction product in the reaction step of the manufacturing method of the present invention, and FIG. 2 is a polyhydric alcohol after silicon chloride is added to the reaction vessel in the reaction step of the manufacturing method of the present invention. It shows the reversible capacity of the secondary battery according to the input rate,
3 is a view showing the secondary battery life according to the polyhydric alcohol input rate after silicon chloride is added to the reaction vessel in the reaction step of the manufacturing method of the present invention;
Figure 4 shows the reversible capacity of the secondary battery according to the reactant mixture ratio in the reaction step of the manufacturing method of the present invention,
5 shows the lifespan of the secondary battery according to the mixing ratio of the reactants in the reaction step of the manufacturing method of the present invention.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 반응 용기에서 제 1반응 물질인 실리콘 염화물과 제 2반응 물질인 다가 알코올 또는 물을 습식 반응시키되, 상기 제1 반응 물질과 제2 반응 물질의 체적 배합비가 1:1.5 미만으로 투입하여 겔 상태의 실리콘 산화물(SiOx)을 생성하기 위한 반응단계; 및 In the present invention, the first reactant material, silicon chloride, and the second reactant, polyhydric alcohol or water, are wet-reacted in a reaction vessel. a reaction step for generating silicon oxide (SiOx) in a state; and

상기 겔 상태의 실리콘 산화물을 열처리하여 실리콘 산화물 분말을 생성하기 위한 열처리 단계를 포함하고, A heat treatment step for heat-treating the silicon oxide in the gel state to produce a silicon oxide powder,

상기 반응단계에서 상기 제 1반응 물질을 반응 용기에 전량 투입한 후 상기 제 2반응 물질을 후속으로 투입하면서 상기 제2 반응 물질이 5 vol%/min 미만의 투여 속도로 투입하여 반응시키는 2차 전지 음극재용 실리콘 산화물 분말의 제조방법을 제공한다. In the reaction step, after the entire amount of the first reactant is put into the reaction vessel, the second reactant is added at an administration rate of less than 5 vol%/min and reacted while the second reactant is subsequently added. Provided is a method for producing a silicon oxide powder for an anode material.

본 발명의 실리콘 산화물 분말의 제조방법에 있어서, 상기 반응단계는 내부에 교반기가 구비되고 밀폐 가능한 반응 용기에 제1 반응 물질인 실리콘 염화물을 첨가한 후 제2 반응 물질로서 다가 알코올 또는 물(H2O)을 정밀하게 조절된 속도로 첨가하고 이러한 반응 물질들을 밀폐된 상태로 예를 들어 50 내지 300℃의 온도 하에서 2 내지 72시간 동안 교반 및 반응시킴으로써, 목적한 물성을 보유하는 나노 분말을 제조할 수 있는 반응 생성물을 생성할 수 있다.또한, 상기 반응단계는 상기 제1 반응 물질과 상기 제2 반응 물질 사이의 발열 반응 과정에서 반응성 조절을 위하여 에탄올을 추가로 공급하거나 불필요하고 목적하지 않은 반응을 억제하기 위해 N2/Ar와 같은 불활성 가스를 추가로 공급할 수 있으며, 또한 반응 과정에서 발생되는 염산(HCl) 가스 등의 산성가스를 배출하면서 수행될 수 있다.In the method for producing silicon oxide powder of the present invention, the reaction step is a polyhydric alcohol or water (H 2 ) as a second reaction material after adding silicon chloride as a first reaction material to a sealable reaction vessel provided with a stirrer therein. O) is added at a precisely controlled rate and these reactants are stirred and reacted in a closed state, for example, at a temperature of 50 to 300° C., for 2 to 72 hours, to prepare nanopowder having the desired physical properties. In addition, in the reaction step, ethanol is additionally supplied for reactivity control in the exothermic reaction process between the first reactant and the second reactant, or an unnecessary and undesired reaction is performed. In order to suppress, an inert gas such as N 2 /Ar may be additionally supplied, and it may be performed while discharging an acid gas such as hydrochloric acid (HCl) gas generated during the reaction.

더욱 구체적으로, 본 발명은 제1 반응 물질로서 금속염화물과 제2 반응 물질로서 다가 알코올 또는 물의 발열 반응을 통해 실리콘 산화물 분말을 습식 액성법에 의해 제조함에 있어서, 반응 용기에 상기 실리콘 염화물(SiCl4)과 에틸렌글리콜을 투입하는 순서 및 투입 속도 등의 발열 반응 조건을 정밀하게 조절하여, 2차 전지 음극재용도에 적합한 물성이 충족되는 실리콘 산화물(SiOx) 분말을 제조할 수 있다.More specifically, in the present invention, in preparing silicon oxide powder by a wet liquid method through an exothermic reaction of a metal chloride as a first reactant and a polyhydric alcohol or water as a second reactant, the silicon chloride (SiCl 4 ) ) and exothermic reaction conditions such as the order and rate of input of ethylene glycol can be precisely controlled to produce silicon oxide (SiOx) powder that satisfies physical properties suitable for secondary battery negative material use.

상기 제1 반응 물질인 실리콘 염화물은 실리콘테트라클로라이드(Silicon Tetrachloride) 및 디알킬디클로로실란(Diakyldichlorosilane)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 사용하며, 본 발명의 실시예에서는 SiCl4를 사용하여 설명하나 이에 한정되지 않을 것이다. Silicon chloride, which is the first reaction material, uses at least one selected from the group consisting of silicon tetrachloride and dialkyldichlorosilane, and in an embodiment of the present invention, SiCl 4 is used. will not be limited.

상기 제2 반응 물질인 다가 알코올로서 글리콜 성분은 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 및 피나콜을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나인 것이며, 본 발명의 실시예에서는 에틸렌글리콜(EG, Ethylene Glycol)을 사용하여 설명하나 이에 한정되지 않을 것이다.As the polyhydric alcohol as the second reaction material, the glycol component is at least one selected from the group consisting of ethylene glycol, propylene glycol and pinacol, and in the embodiment of the present invention, ethylene glycol (EG, Ethylene Glycol) is used. It will not be limited to this.

도 1은 상기 반응 단계에서 반응 생성물 및 반응 생성물의 소성 후 소성 물질 상태를 도시한다. 1 shows the calcined material state after calcination of the reaction product and the reaction product in the above reaction step.

도 1(a)는 제2 반응 물질인 다가 알코올 또는 물을 먼저 전량 투입 후 제1 반응물질인 실리콘 염화물을 후속적으로 투입하는 경우의 반응 생성물 상태이며, 도 1(b)는 상기 반응 물질의 체적 배합비가 1:1.5 이상이거나 후속적으로 투입되는 반응 물질의 투입 속도가 5 vol%/min 이상인 경우의 반응 생성물의 상태를 도시한 것이고, 도 1(c)는 도 1(b)에 도시된 반응 생성물을 소성 단계를 거친 소성 물질의 상태를 도시한 것이다. 1 (a) is a reaction product state when the polyhydric alcohol or water, which is a second reactant, is first added in the entire amount, and then silicon chloride, which is a first reactant, is subsequently added. It shows the state of the reaction product when the volumetric mixing ratio is 1:1.5 or more, or when the input rate of the subsequently added reactant is 5 vol%/min or more, FIG. 1(c) is shown in FIG. 1(b) It shows the state of the calcined material that has passed through the calcination step of the reaction product.

이때, 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 상기 반응계에서 제2 반응 물질인 다가 알코올 또는 물을 먼저 전량 투입 후 금속염화물을 후속적으로 투입하는 경우 상기 다가 알코올 또는 물의 액층 상부에서 금속염화물과의 급격한 반응이 일어나 액층 하부에서 급격한 온도 상승(60 내지 100℃)이 일어나고 다량의 산성 가스가 배출될 수 있다.At this time, as shown in FIG. 1( a ), in the case where the polyhydric alcohol or water, which is the second reaction material, is first added in the entire amount in the reaction system, and then the metal chloride is subsequently added, the metal chloride and the metal chloride in the liquid layer of the polyhydric alcohol or water A rapid reaction of , a rapid temperature rise (60 to 100 ℃) in the lower part of the liquid layer may occur, and a large amount of acid gas may be discharged.

또한, 이러한 경우 상기 액층의 상부에 스폰지상의 금속산화물이 생성되고 상기 액층의 하부에는 미반응 다가 알코올 또는 물이 잔존하게 되며, 추가적인 반응을 위해 교반 시간을 증가시키는 경우 상기 상부의 스폰지상의 금속산화물이 분해되면서 하부의 다가 알코올 또는 물에 다량 흡수되어 겔화되는 문제가 발생할 수 있다.한편, 상기 하부의 미반응 다가 알코올 또는 물을 걸러내고 상기 상부의 스폰지상의 금속산화물을 상기 열처리 단계 중 후술하는 소성 단계에서 소성하게 되면 백색의 금속산화물이 생성되고 이는 2차 전지용 음극재 소재로 사용할 수 없다.따라서, 본 발명의 실리콘 산화물 분말의 제조방법은 상기 반응단계에서 반응 물질의 투입은 제 1반응 물질인 실리콘 염화물을 반응 용기에 전량 투입한 후 상기 제 2반응 물질인 다가 알코올 또는 물을 후속적으로 투입함으로써 상기와 같은 문제를 해결할 수 있다.다만, 상기 반응계에서 반응 물질 중 실리콘 염화물을 먼저 투입 후 다가 알코올 또는 물을 후속적으로 투입하는 경우에도 반응 물질들의 배합비와 후속 투입되는 반응 물질의 투입 속도에 따라 반응에 의해 생성되는 생성물의 물성 및 이로부터 제조되는 나노 분말의 물성이 상이할 수 있다.구체적으로, 상기 반응 물질로서 제1 반응물질인 실리콘 염화물과 제2 반응물질인 다가 알코올 또는 물의 체적 배합비는 1:1.5 미만, 예를 들어, 1:0.2 내지 1:1 , 바람직하게는 1:0.5 내지 1:1.0, 더욱 바람직하게는 1:0.3 내지 1:0.6 일 수 있고, 상기 반응 물질 중 후속적으로 투입되는 다가 알코올 또는 물의 투입 속도는 실리콘 염화물 대비 5vol%/min 미만, 바람직하게는 2 vol%/min 이하, 예를 들어, 0.5 vol%/min 내지 2 vol%/min , 더욱 바람직하게는 0.5 vol%/min 내지 1 vol%/min 로 조절될 수 있다.이때, 상기 반응 물질의 체적 배합비가 1:1.5 이상이거나 후속적으로 투입되는 반응 물질의 투입 속도가 5 vol%/min 이상인 경우, 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 반응 용기 내의 반응 생성물이 겔 형태로 존재하여 생성물 주변에 미반응 다가 알코올 또는 물이 과량 잔류하며, 도 1(c)에 도시된 바와 같이, 반응 생성물을 소성하여 생성되는 소성 생성물 또는 이를 통해 제조되는 나노 입자는 흑갈색을 띠고, 특히 산화규소(SiOx)의 경우 x값이 1.7 초과 1.8 이하로 과도하여 입경이 증가하고, 리튬이온전지인 코인셀에 적용시 가역용량이 900 내지 1,100 mAh/g이고 가역비가 50% 수준으로 불충분하다.In addition, in this case, a sponge-like metal oxide is generated on the upper portion of the liquid layer, and unreacted polyhydric alcohol or water remains in the lower portion of the liquid layer. As it decomposes, a large amount of the polyhydric alcohol or water at the bottom is absorbed and gelation may occur. On the other hand, the non-reacted polyhydric alcohol or water at the lower part is filtered and the sponge-like metal oxide on the upper part is calcined to be described later during the heat treatment step. When calcined in , a white metal oxide is produced, which cannot be used as an anode material for a secondary battery. Therefore, in the method for producing a silicon oxide powder of the present invention, in the reaction step, the reactant is added to the silicon as the first reactant material. The above problem can be solved by adding polyhydric alcohol or water, which is the second reactant material, after the entire amount of chloride is added to the reaction vessel. Alternatively, even when water is subsequently added, the physical properties of the product generated by the reaction and the physical properties of the nanopowder prepared therefrom may be different depending on the mixing ratio of the reactants and the input rate of the subsequently added reactants. Specifically, , The volume mixing ratio of silicon chloride as the first reactant as the reactant and polyhydric alcohol or water as the second reactant as the reactant is less than 1:1.5, for example, 1:0.2 to 1:1 , preferably 1:0.5 to 1 :1.0, more preferably 1:0.3 to 1:0.6, and the rate of addition of polyhydric alcohol or water subsequently added in the reaction material is less than 5 vol%/min, preferably 2 vol%/min compared to silicon chloride min or less, for example, 0.5 vol%/min to 2 vol%/min, more preferably 0.5 vol%/min to 1 vol%/min. In this case, the volumetric mixing ratio of the reactant is 1 : 1.5 or more, or the rate of addition of the subsequently added reactant is 5 vol%/mi When n or more, as shown in Fig. 1(b), the reaction product in the reaction vessel is in the form of a gel, so that unreacted polyhydric alcohol or water in excess remains around the product, as shown in Fig. 1(c) , the calcined product produced by calcining the reaction product or nanoparticles produced through it are blackish-brown, and in particular, in the case of silicon oxide (SiOx), the x value exceeds 1.7 and exceeds 1.8 and the particle size increases, and the particle size increases, and the coin is a lithium ion battery. When applied to a cell, the reversible capacity is 900 to 1,100 mAh/g, and the reversible ratio is insufficient at the level of 50%.

반면에, 상기 반응 물질의 체적 배합비가 1:0.5 내지 1:1.0이고 후속적으로 투입되는 반응 물질의 투입 속도가 1 내지 2 vol%/min 인 경우 반응 용기 내의 반응 생성물이 도 1(d)에 도시된 바와 같이, 백색 설탕 분말 형태로 형성되고 생성물 주변에 미반응 다가 알코올 또는 물이 소량만 잔류하며, 도 1(e)에 도시된 바와 같이, 반응 생성물을 소성하여 생성되는 소성 생성물 또는 이를 통해 제조되는 나노 입자는 흑색을 띠고, 특히 산화규소(SiOx)의 경우 x값이 1.4 내지 1.7로 범위를 만족하는 미립자로 형성될 수 있으며, 리튬이온전지인 코인셀에 적용시 가역용량이 1,700 내지 1,900 mAh/g이고 가역비가 65% 수준으로 충분한 성능을 확보할 수 있다.이상으로부터 본 발명의 실리콘 산화물 분말의 제조방법은 실리콘 염화물(SiCl4)과 다가 알코올인 에틸렌글리콜(EG, Ethylene Glycol)을 습식 반응시키되, 반응 용기에 상기 실리콘 염화물(SiCl4)과 에틸렌글리콜을 투입하는 순서 및 투입 속도 등의 발열 반응 조건을 정밀하게 조절함으로써, 2차 전지 음극재용도에 적합한 물성을 충족한 실리콘 산화물(SiOx) 분말을 제조할 수 있다.또한, 본 발명의 실리콘 산화물 분말의 제조방법은 상기 반응단계 이후 상기 생성된 겔 상태의 실리콘 산화물을 초음파 교반을 이용하는 분산단계를 더 수행할 수 있다.On the other hand, when the volumetric mixing ratio of the reactants is 1:0.5 to 1:1.0 and the rate of input of the subsequently added reactants is 1 to 2 vol%/min, the reaction products in the reaction vessel are shown in FIG. 1(d) As shown, it is formed in the form of white sugar powder and only a small amount of unreacted polyhydric alcohol or water remains around the product, and as shown in FIG. The produced nanoparticles have a black color, and in particular, in the case of silicon oxide (SiOx), the x value may be formed as fine particles satisfying the range of 1.4 to 1.7, and when applied to a coin cell, which is a lithium ion battery, the reversible capacity is 1,700 to 1,900 Sufficient performance can be secured at mAh/g and a reversible ratio of 65%. From the above, the method for producing silicon oxide powder of the present invention is a wet method of silicon chloride (SiCl 4 ) and polyhydric alcohol ethylene glycol (EG, Ethylene Glycol). However, by precisely controlling the exothermic reaction conditions such as the order and rate of adding the silicon chloride (SiCl 4 ) and ethylene glycol to the reaction vessel, silicon oxide (SiOx) that meets physical properties suitable for secondary battery negative material use ) powder can be produced. In addition, in the method for producing silicon oxide powder of the present invention, after the reaction step, a dispersing step using ultrasonic stirring of the generated silicon oxide in a gel state may be further performed.

상기 초음파 교반을 이용한 분산단계는 초음파의 물리적 교반으로 인하여 용액 내 파동을 생성하고 이에 의해 분산을 촉진함으로써, 진행속도를 단축하고 특히, 겔 상태의 실리콘 산화물의 분자간 분산으로 인해 겔의 균일도를 높이고 반응 생성물의 입경을 감소시킬 수 있다. 따라서 분산 시 균일한 입경을 조절함으로써 소성단계 이후 생성물을 분쇄하는 공정을 단순화할 수 있다. The dispersion step using ultrasonic agitation generates waves in the solution due to the physical agitation of ultrasonic waves and thereby promotes dispersion, thereby shortening the progress rate and, in particular, increasing the uniformity of the gel due to intermolecular dispersion of silicon oxide in the gel state and reacting It is possible to reduce the particle size of the product. Therefore, it is possible to simplify the process of pulverizing the product after the calcination step by controlling the uniform particle size during dispersion.

본 발명의 실리콘 산화물 분말의 제조방법은, 상기 반응단계에서 반응 용기 내로 불활성 기체가 공급되는 것이 바람직하고, 상기 열처리단계는 100±20℃ 전도의 분위기 상태에서 제1 대기 단계에서 대기한 후, 400±20℃ 분위기 상태의 예열 단계에서 소정의 시간동안 예열을 거쳐 600 내지 900℃에서 수행되는 소성 단계로 이송될 수 있다. In the method for producing silicon oxide powder of the present invention, it is preferable that an inert gas is supplied into the reaction vessel in the reaction step, and in the heat treatment step, after waiting in the first atmospheric step in an atmosphere of 100±20° C. conduction, 400 In the preheating step of ±20°C atmosphere, it may be preheated for a predetermined time and then transferred to the calcination step performed at 600 to 900°C.

상기 제1 대기 단계는 상기 예열 단계와 상기 소성 단계에서 발생되는 열이 외부로 전달되는 것을 방지하고, 열손실을 최소화하기 위하여 수행되며 상기 예열 단계는 상기 반응 용기 내의 겔 형태의 반응물에서 발생되는 HCl 등의 가스를 90% 이상 제거하기 위하여 수행될 수 있다. The first standby step is performed to prevent heat generated in the preheating step and the firing step from being transferred to the outside and to minimize heat loss. It may be performed to remove 90% or more of gases such as.

상기 소성 단계에서 열처리 온도가 600℃미만에서는 결정화가 이루어지지 않아, 상기 나노 분말을 2차 전지의 음극재로 사용시에 리튬과의 반응이 용이치 않으며, 900℃를 초과하는 경우에는 겔내 탄화반응으로 인해 습식 나노 분말 결정 성장이 일어나지 않을 수 있다.상기 열처리 단계에서 상기 열처리가 이루어지는 동안 상기 반응 용기 외부에 불활성 기체를 공급함으로써, 부산물 발생을 억제할 수 있다. In the firing step, when the heat treatment temperature is less than 600 ° C, crystallization does not occur, so when the nano powder is used as an anode material for a secondary battery, it is not easy to react with lithium, and when it exceeds 900 ° C, it is carbonized in the gel Due to this, wet nanopowder crystal growth may not occur. In the heat treatment step, by supplying an inert gas to the outside of the reaction vessel while the heat treatment is performed, the generation of by-products may be suppressed.

이때, 상기 소성로 내부에 N2/Ar와 같은 같은 불활성 기체의 공급이 부족하면, 상기 생성물이 대기중의 O2와 반응하여 반응 용기 내에 SiO2 등의 발생으로 습식 나노 분말의 품질이 저하될 수 있으므로, 위와 같이 불활성 기체의 공급이 필요하다.본 발명의 제조방법에서 초음파 교반으로 인한 분산단계를 수행함으로써, 분산시 균일한 입경 조절이 용이함으로써, 소성단계 이후 생성물을 분쇄하는 공정을 단순화할 수 있다. At this time, if the supply of an inert gas such as N 2 /Ar inside the kiln is insufficient, the product reacts with O 2 in the atmosphere to generate SiO 2 in the reaction vessel. Therefore, it is necessary to supply an inert gas as described above. By performing the dispersion step by ultrasonic stirring in the manufacturing method of the present invention, it is easy to control the uniform particle size during dispersion, thereby simplifying the process of pulverizing the product after the firing step there is.

또한, 상기 반응단계 또는 상기 열처리 단계에서 산성 가스가 배출되도록 함으로써, 반응 용기 내에 산성 가스가 잔존하지 않도록 한다. In addition, by allowing the acid gas to be discharged in the reaction step or the heat treatment step, the acid gas does not remain in the reaction vessel.

본 발명은 상기 열처리단계에서 탄소계 물질을 투입하여 탄소피막을 형성하는 피막 형성단계가 더 수행할 수 있다. In the present invention, a film forming step of forming a carbon film by adding a carbon-based material in the heat treatment step may be further performed.

상기 탄소 피막 형성단계로 인해, 실리콘 산화물에 대한 탄소 피막을 형성함으로써, 충전/방전 시 탄소피막에 의해 부피 팽창을 방지할 수 있다. Due to the carbon film forming step, by forming a carbon film on silicon oxide, it is possible to prevent volume expansion by the carbon film during charging/discharging.

상기에서 탄소는 카본나노파이버, 산화그래핀, 환원된 산화그래핀 및 그래핀으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이 적용될 수 있으며, 탄소피막 형성방법은 실리콘 산화물에 상기 탄소 전구체를 가스상에서 반응시키는 방법을 포함하고, 이외의 공지 방법이 채택 적용될 수 있다. In the above, carbon may be at least one selected from the group consisting of carbon nanofibers, graphene oxide, reduced graphene oxide and graphene, and the carbon film formation method is a method of reacting the carbon precursor with silicon oxide in a gas phase Including, other known methods may be adopted and applied.

나아가, 본 발명은 실리콘 산화물(SiOx)의 산소의 함량(x)이 1<x<1.7인 미립자이고, 분말의 평균입경분포가 0.1 내지 1.0㎛ 범위를 충족하는 2차 전지 음극재용 실리콘 산화물 분말(SiOx)을 음극재로 이용한 2차 전지를 제공한다. Furthermore, the present invention is a silicon oxide powder for a secondary battery negative electrode material that the oxygen content (x) of silicon oxide (SiOx) is 1 < x < 1.7, and the average particle size distribution of the powder meets the range of 0.1 to 1.0 μm ( To provide a secondary battery using SiOx) as an anode material.

이때, 상기 2차 전지 음극재용 실리콘 산화물 분말(SiOx)을 음극재로 이용한 2차 전지는 가역용량이 1,700 내지 1,900mAh/g이고 가역비가 50 내지 65% 성능을 구현한다. At this time, the secondary battery using the silicon oxide powder (SiOx) for the secondary battery negative electrode material as the negative electrode material has a reversible capacity of 1,700 to 1,900 mAh/g and a reversible ratio of 50 to 65% of performance.

상기 실리콘 산화물(SiOx)의 산소의 함량(x)이 평균적으로 1에 가까울 경우, 안정된 전지의 특성, 높은 사이클 특성 및 제조비용을 낮출 수 있으며 2차 전지의 용량 효율과 충/방전 시 부피 팽창 및 수축을 완만하게 이룰 수 있도록 함과 동시에, 고용량을 효율적으로 유지할 수 있다. When the oxygen content (x) of the silicon oxide (SiOx) is close to 1 on average, stable battery characteristics, high cycle characteristics, and manufacturing cost can be lowered, and the capacity efficiency of the secondary battery and volume expansion during charging/discharging and While making it possible to achieve a gentle contraction, it is possible to efficiently maintain a high capacity.

따라서, 바람직하게는 상기 실리콘 산화물(SiOx)의 산소의 함량(x)이 1<x<1.7인 미립자이며, 이때, 상기에서 1 미만이면, 제조 곤란성으로 실제 상용성이 떨어지고 1.7을 초과하면, 리튬이온 2차 전지의 충/방전 용량이 저하된다. Therefore, preferably, the oxygen content (x) of the silicon oxide (SiOx) is 1 < x < 1.7 fine particles, in this case, if less than 1 in the above, the actual compatibility falls due to manufacturing difficulty and if it exceeds 1.7, lithium The charge/discharge capacity of the ion secondary battery is reduced.

본 발명의 2차 전지 음극재용 실리콘 산화물 분말(SiOx)은 제조공정 중 실리콘 산화물(SiOx)은 실리콘 염화물(SiCl4)과 다가 알코올인 에틸렌글리콜(EG, Ethylene Glycol)을 습식 반응시켜 겔 상태의 실리콘 산화물을 생성하되, 반응 용기에 상기 실리콘 염화물(SiCl4)과 에틸렌글리콜을 투입하는 순서, 투입 속도 및 반응 물질 배합비의 조건을 정밀하게 조절함으로써, 2차 전지 음극재용도에 적합한 물성을 충족할 수 있다. Silicon oxide powder (SiOx) for secondary battery negative electrode material of the present invention is a silicon oxide (SiOx) in the manufacturing process of silicon chloride (SiCl 4 ) and polyhydric alcohol ethylene glycol (EG, Ethylene Glycol) by wet reaction of the silicon gel However, by precisely controlling the conditions of the order, the input rate, and the reaction material mixing ratio of the silicon chloride (SiCl 4 ) and ethylene glycol to the reaction vessel, it is possible to meet the physical properties suitable for the secondary battery negative material use. there is.

또한, 상기 겔 상태의 실리콘 산화물을 초음파 교반을 통해, 겔 상태의 실리콘 산화물의 분자간 분산으로 인해 겔의 균일도를 높이고 반응 생성물의 입경을 감소시킬 수 있다.In addition, by ultrasonically stirring the silicon oxide in the gel state, it is possible to increase the uniformity of the gel and reduce the particle size of the reaction product due to the intermolecular dispersion of the silicon oxide in the gel state.

도 2도 3은 본 발명의 제조방법 중 반응단계에서 반응 용기에 실리콘 염화물 투입 후 다가 알코올 투입 속도에 따른 2차 전지의 가역용량(specific capacity) 및 수명을 도시한 것으로서, 도 2 및 도 3은 티타늄(Ti) 또는 석영 재질의 반응 용기에 STC(SiCl4) 투입 후 에틸렌글리콜(EG)를 아래 표 1에 기재된 투입 속도로 반응 단계에서 반응되어 생성된 반응 생성물을 소성 단계를 통해 나노 분말을 제조하여 이를 2차 전지의 음극재로 적용하여 2차 전지를 제조하고 각각의 2차 전지의 용량(capacity) 및 충전 사이클 수에 따른 가역용량(specific capacity)의 측정 결과를 도시한 것이다. 그 결과, 다가 알코올의 투입 속도가 5 vol%/min 미만인 조건-B 및 조건-C의 경우 2차 전지의 용량이 증가하고 수명 연장을 확인할 수 있다. 2 and 3 show the reversible capacity and lifespan of the secondary battery according to the polyhydric alcohol input rate after silicon chloride is added to the reaction vessel in the reaction step of the manufacturing method of the present invention, and FIGS. 2 and 3 After STC (SiCl 4 ) was put into a reaction vessel made of silver titanium (Ti) or quartz, ethylene glycol (EG) was reacted in the reaction step at the input rate described in Table 1 below. A secondary battery was manufactured by manufacturing and applying it as a negative electrode material of a secondary battery, and the measurement results of the capacity (capacity) of each secondary battery and the reversible capacity (specific capacity) according to the number of charge cycles are shown. As a result, in the case of condition-B and condition-C in which the input rate of the polyhydric alcohol is less than 5 vol%/min, the capacity of the secondary battery increases and lifespan extension can be confirmed.

또한, 도 4도 5는 본 발명의 제조방법 중 반응단계에서 반응 물질 배합비에 따른 2차 전지의 가역용량(specific capacity) 및 수명을 도시한 것으로서, 도 4 및 도 5는 티타늄(Ti) 또는 석영 재질의 반응 용기에 STC(SiCl4) 투입 후 1.0 vol%/min의 투입 속도로 에틸렌글리콜(EG)을 표 2에 기재된 체적 배합비로 투입하여 반응 생성물을 생성한 후 열처리를 통해 나노 분말을 제조하여 이를 2차 전지의 음극재로 적용하여 2차 전지를 제조했고 각각의 2차 전지의 용량(capacity) 및 충전 사이클 수에 따른 가역용량(specific capacity)을 측정의 측정 결과를 도시한 것이다. 그 결과, 반응 물질의 체적 배합비(SiCl4:EG)가 1:1.5 미만인 조건-A 내지 조건-C의 경우 2차 전지의 용량이 증가하고 수명이 연장되었으며, 특히 반응 물질의 체적 배합비가 1:0.5 인 조건-B의 경우 2차 전지의 용량이 가장 크고 수명 연장을 확인할 수 있다.In addition, FIGS. 4 and 5 show the reversible capacity and lifespan of the secondary battery according to the reactant mixture ratio in the reaction step of the manufacturing method of the present invention, and FIGS. 4 and 5 show titanium (Ti) or After STC (SiCl 4 ) was introduced into a reaction vessel made of quartz, ethylene glycol (EG) was added at an input rate of 1.0 vol%/min at the volume mixing ratio shown in Table 2 to generate a reaction product, and then heat treatment to prepare nanopowder Thus, a secondary battery was manufactured by applying this as an anode material of a secondary battery, and the measurement result of measuring the capacity (capacity) of each secondary battery and the reversible capacity (specific capacity) according to the number of charge cycles is shown. As a result, in the case of Condition-A to Condition-C in which the volumetric mixing ratio of the reactant (SiCl 4 :EG) is less than 1:1.5, the capacity of the secondary battery increased and the lifespan was extended, and in particular, the volumetric mixing ratio of the reactant was 1: In the case of condition-B of 0.5, the capacity of the secondary battery is the largest and it can be confirmed that the lifespan is extended.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples.

본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. These examples are for explaining the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

<실시예 1∼2> <Examples 1-2>

티타늄(Ti) 재질의 반응 용기에 실리콘 염화물(SiCl4) 투입 후 에틸렌글리콜(EG)를 아래 표 1에 기재된 투입 속도로 투입하면서 반응 생성물을 생성한 후 열처리를 통해 나노 분말을 제조하여 이를 2차 전지의 음극재로 적용하여 2차 전지를 제조했고 각각의 2차 전지의 용량(capacity) 및 충전 사이클 수에 따른 가역용량(specific capacity)을 측정했으며, 측정결과는 도 2 및 도 3의 그래프에 도시된 바와 같다.After silicon chloride (SiCl 4 ) is added to a reaction vessel made of titanium (Ti), ethylene glycol (EG) is added at the input rate shown in Table 1 below to generate a reaction product, and then a nanopowder is prepared through heat treatment, which is a secondary A secondary battery was manufactured by applying it as an anode material of the battery, and the reversible capacity (specific capacity) according to the capacity and number of charge cycles of each secondary battery was measured, and the measurement results are shown in the graphs of FIGS. 2 and 3 . As shown.

Figure 112019111185618-pat00001
Figure 112019111185618-pat00001

도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 다가 알코올의 투입 속도가 5 vol%/min인 조건-A의 경우 2차 전지의 용량이 불충분하고 충전 사이클 수가 50회 근방에서 가역용량이 거의 없어져 전지의 수명이 다하는 것으로 확인되었다. As shown in FIGS. 2 and 3, in the case of condition-A in which the polyhydric alcohol input rate is 5 vol%/min, the capacity of the secondary battery is insufficient and the reversible capacity almost disappears when the number of charge cycles is around 50, so the life of the battery It has been confirmed that this is done.

반면, 다가 알코올의 투입 속도가 5 vol%/min 미만인 조건-B 및 조건-C의 경우 2차 전지의 용량이 증가하고 수명이 연장되었으며, 특히 투입 속도가 1.0 vol%/min 이하인 조건-B의 경우 2차 전지의 용량이 가장 크고 수명이 가장 긴 것으로 확인되었다.On the other hand, in the case of condition-B and condition-C, in which the input rate of polyhydric alcohol was less than 5 vol%/min, the capacity of the secondary battery increased and the lifespan was extended, especially in condition-B where the input rate was 1.0 vol%/min or less. In this case, it was confirmed that the secondary battery had the largest capacity and the longest lifespan.

<실시예 3∼5> <Examples 3-5>

석영 재질의 반응 용기에 실리콘 염화물(SiCl4) 투입 후 에틸렌글리콜(EG)를 1.0 vol%/min(조건-B)로 투입하면서 반응 생성물을 생성한 후, 하기 표 2에 기재된 바와 같이 초음파 교반 속도를 조절하여 분산한 후 열처리를 통해 나노 분말을 제조하였다.After silicon chloride (SiCl 4 ) was added to the reaction vessel made of quartz, ethylene glycol (EG) was added at 1.0 vol%/min (Condition-B) to generate a reaction product, and then the ultrasonic stirring rate as shown in Table 2 below After controlling and dispersing, nanopowder was prepared through heat treatment.

Figure 112019111185618-pat00002
Figure 112019111185618-pat00002

상기 표 2에서 확인되는 바와 같이, 반응단계에서 생성된 반응 생성물을 초음파 교반을 이용하여 분산할 경우, 입자크기가 작아졌으며, 상기 초음파 조절에 따라 분산시 균일한 입경을 조절함으로써 소성단계 이후 생성물을 분쇄하는 공정을 단순화할 수 있다.As can be seen in Table 2, when the reaction product generated in the reaction step is dispersed using ultrasonic stirring, the particle size is reduced, and the product after the calcination step is adjusted by adjusting the uniform particle size during dispersion according to the ultrasonic control. The grinding process can be simplified.

<실시예 6∼8> <Examples 6-8>

티타늄(Ti) 재질의 반응 용기에 반응 물질인 실리콘 염화물(SiCl4)을 투입한 후 1 vol%/min의 투입 속도로 에틸렌글리콜(EG)을 아래 표 3에 기재된 체적 배합비로 투입하여 반응 생성물을 생성한 후 열처리를 통해 나노 분말을 제조하여 이를 2차After adding silicon chloride (SiCl 4 ) as a reaction material to a reaction vessel made of titanium (Ti), ethylene glycol (EG) was added at an input rate of 1 vol%/min at the volumetric mixing ratio shown in Table 3 below to prepare the reaction product After production, nanopowder is prepared through heat treatment and the secondary

전지의 음극재로 적용하여 2차 전지를 제조하였다. A secondary battery was prepared by applying it as a negative electrode material of the battery.

Figure 112019111185618-pat00003
Figure 112019111185618-pat00003

도 4 및 도 5에 나타난 바와 같이, 반응 물질의 체적 배합비가 1:1.5 이상인 조건-D의 경우 2차 전지의 용량이 불충분하고 충전 사이클 수가 50회 근방에서 가역용량이 거의 없어져 전지의 수명이 다하는 것으로 확인되었다. As shown in FIGS. 4 and 5 , in the case of Condition-D where the volumetric mixing ratio of the reactants is 1:1.5 or more, the capacity of the secondary battery is insufficient and the reversible capacity is almost gone when the number of charging cycles is around 50, so that the life of the battery is exhausted. confirmed to be

반면, 반응 물질의 체적 배합비가 1:1.5 미만인 조건-A 내지 조건-C의 경우 2차 전지의 용량이 증가하고 수명이 연장되었으며, 특히 반응 물질의 체적 배합비가 1:0.5 인 조건-B의 경우 2차 전지의 용량이 가장 크고 수명이 가장 긴 것으로 확인되었다.On the other hand, in the case of Condition-A to Condition-C in which the volume mixing ratio of the reactants is less than 1:1.5, the capacity of the secondary battery increased and the lifespan was extended, especially in the case of Condition-B where the volume mixing ratio of the reactants was 1:0.5 It was confirmed that the secondary battery had the largest capacity and the longest lifespan.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.In the above, the present invention has been described in detail only with respect to the described embodiments, but it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical spirit of the present invention, and it is natural that such modifications and modifications belong to the appended claims.

Claims (10)

반응 용기에서 제 1반응 물질인 실리콘 염화물과 제 2반응 물질인 다가 알코올 또는 물을 습식 반응시키되, 상기 제1 반응 물질과 제2 반응 물질의 체적 배합비가 1:1.5 미만으로 투입하여 겔 상태의 실리콘 산화물(SiOx)을 생성하기 위한 반응단계; 및
상기 겔 상태의 실리콘 산화물을 열처리하여 실리콘 산화물 분말을 생성하기 위한 열처리 단계를 포함하고,
상기 반응단계에서 상기 제 1반응 물질을 반응 용기에 전량 투입한 후 상기 제 2반응 물질을 후속으로 투입하면서 상기 제2 반응 물질이 0.5 내지 5 vol%/min미만의 투여 속도로 투입하여 반응시키고,
상기 반응단계 이후 상기 생성된 겔 상태의 실리콘 산화물을 초음파 교반을 이용하는 분산단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 음극재용 실리콘 산화물 분말의 제조방법.
In a reaction vessel, a silicon chloride as a first reactant material and a polyhydric alcohol or water as a second reactant material are wet-reacted, and the volumetric mixing ratio of the first reactant material and the second reactant material is less than 1:1.5, and the silicone gel a reaction step to produce an oxide (SiOx); and
A heat treatment step for heat-treating the silicon oxide in the gel state to produce a silicon oxide powder,
In the reaction step, after injecting the entire amount of the first reactant into the reaction vessel, the second reactant is added and reacted at an administration rate of less than 0.5 to 5 vol%/min while the second reactant is subsequently added;
After the reaction step, the method for producing a silicon oxide powder for a secondary battery negative electrode material, characterized in that further performing the dispersing step using ultrasonic stirring for the generated silicon oxide in the gel state.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 반응단계에서 제1 반응 물질과 제2 반응 물질의 체적 배합비가 1:0.5 내지 1:1.0인 것을 특징으로 하는 2차 전지 음극재용 실리콘 산화물 분말의 제조방법.The method of claim 1, wherein in the reaction step, a volume mixing ratio of the first reactant and the second reactant is 1:0.5 to 1:1.0. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 반응단계에서 반응 용기 내로 불활성 기체가 공급되는 것을 특징으로 하는 2차 전지 음극재용 실리콘 산화물 분말의 제조방법.The method of claim 1, wherein in the reaction step, an inert gas is supplied into the reaction vessel. 제1항에 있어서, 상기 열처리단계가 100±20℃로 유지되는 제1 대기 단계, 400±20℃로 유지되는 예열 단계, 600 내지 900℃에서 수행되는 소성 단계, 제2 대기 단계 및 냉각 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 음극재용 실리콘 산화물 분말의 제조방법. According to claim 1, wherein the heat treatment step is a first standby step maintained at 100 ± 20 °C, a preheating step maintained at 400 ± 20 °C, a calcination step performed at 600 to 900 °C, a second standby step and a cooling step A method for producing a silicon oxide powder for a secondary battery negative electrode material, characterized in that it comprises. 제1항에 있어서, 상기 열처리 단계에서 상기 열처리가 이루어지는 동안 상기 반응 용기 외부에 불활성 기체를 공급하여 부산물 발생을 억제하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 음극재용 실리콘 산화물 분말의 제조방법.The method of claim 1, wherein in the heat treatment step, an inert gas is supplied to the outside of the reaction vessel during the heat treatment to suppress the generation of by-products. 제1항에 있어서, 상기 반응단계 또는 열처리 단계에서 상기 반응 용기 내에 산성 가스가 잔존하지 않도록 상기 산성 가스를 배출하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 음극재용 실리콘 산화물 분말의 제조방법.The method of claim 1, wherein the acid gas is discharged so that the acid gas does not remain in the reaction vessel in the reaction step or the heat treatment step. 제1항에 있어서, 상기 열처리단계에서 탄소계 물질을 투입하여 탄소피막을 형성하는 피막 형성단계가 더 수행되는 것을 특징으로 하는 2차 전지 음극재용 실리콘 산화물 분말의 제조방법.The method of claim 1, wherein the film forming step of forming a carbon film by adding a carbon-based material in the heat treatment step is further performed. 실리콘 산화물(SiOx)의 산소의 함량(x)이 1<x<1.7인 미립자이고,
분말의 평균입경분포가 0.1 내지 1.0㎛ 범위를 충족하는 제1항, 제3항, 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 2차 전지 음극재용 실리콘 산화물 분말(SiOx)을 음극재로 이용한 2차 전지.
The oxygen content (x) of silicon oxide (SiOx) is 1 < x < 1.7 fine particles,
A silicon oxide powder (SiOx) for a secondary battery negative electrode material prepared by the method of any one of claims 1, 3, 5 to 9, wherein the average particle size distribution of the powder satisfies the range of 0.1 to 1.0 μm A secondary battery used as an anode material.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101345708B1 (en) 2013-07-19 2013-12-27 주식회사 드림그리너스 Silicon anode active material for secondary battery and manufacturing method thereof
KR102012599B1 (en) * 2018-10-01 2019-10-21 박춘성 Manufacturing Apparatus and Method of Nano Powder

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100493960B1 (en) * 2003-03-20 2005-06-10 주식회사 엘지화학 Preparation method for porous silicon and nano-sized silicon powder, and application for anode material in lithium secondary batteries
US9312535B2 (en) * 2012-01-09 2016-04-12 Yeil Electronics Co., Ltd. Silicon oxide for anode of secondary battery, method for preparing the same and anode of secondary battery using the same
KR101430640B1 (en) * 2012-09-17 2014-08-14 강윤규 Manufacturing method for composite powder including silicon oxide and metal silicon in use of anode material for secondary battery
TWI624984B (en) * 2012-10-26 2018-05-21 日立化成股份有限公司 Anode material for lithium ion secondary cell, anode for lithium ion secondary cell and lithium ion secondary cell
KR101582385B1 (en) 2012-12-21 2016-01-04 주식회사 엘지화학 Anode active material for lithium secondary battery, preparation method thereof, and lithium secondary battery comprising the same
KR101463171B1 (en) 2013-01-11 2014-11-21 주식회사 예일전자 Manufacturing method of carbon-coated silicon oxide in use of anode material for secondary battery
KR101999191B1 (en) 2019-03-15 2019-07-11 대주전자재료 주식회사 Silicon oxide composite for anode material of secondary battery and method for preparing the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101345708B1 (en) 2013-07-19 2013-12-27 주식회사 드림그리너스 Silicon anode active material for secondary battery and manufacturing method thereof
KR102012599B1 (en) * 2018-10-01 2019-10-21 박춘성 Manufacturing Apparatus and Method of Nano Powder

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